一个机房的冷冻水系统，主机在屋面，板式换热器在地下室，末端是列间空调。二次侧的支管用的是镀锌管，投运三年，板换接管处开始渗水，拆开保温棉，法兰下方的管子外面一圈白锈，切开一看，管内一层黑泥，管壁点蚀成片。

运维的人纳闷。冷冻水是密闭循环，补水很少，水质也做了处理，怎么会烂。

密闭这一点确实是冷冻水的优势，氧进不来，腐蚀速率比开式冷却水低一个量级。但密闭同时带来另外几个问题：水不换，离子越积越多；水不流的地方就成了死水；系统里有不锈钢、铜、碳钢、镀锌四种金属，电偶一直在工作。

按位置分三段看：主机侧、板换侧、末端侧。三段的失效模式完全不同。

一、冷冻水系统是什么水

数据中心的冷冻水按 GB 50174-2017《数据中心设计规范》设计，供回水温度常见三种：7 度供、12 度回；12 度供、18 度回；15 度供、21 度回。温差 5 到 6 度，温差越大，同样的冷量需要的流量越小，泵功越省。

按 5 度温差算，一千瓦冷量需要的水量约零点一七立方米每小时。一个五千千瓦的机房，流量在八百多立方米每小时，管径从 DN200 到 DN400，支管 DN50 到 DN100。

这个水温有个特点：低于环境露点，管道必须保温，保温层一旦破损，管壁就结露。结露的水积在保温棉里，形成一个长期潮湿的夹层，这是外壁腐蚀的起点。

管内是另一回事。冷冻水是经过软化、除盐或者加药处理的水，含盐量不高，但也不是纯水。系统常年不换水，只补充蒸发和泄漏，离子浓度会慢慢升高。

二、水质标准：29044 的几条线

GB/T 29044-2012《采暖空调系统水质》给空调循环水定了一组指标。循环水的 pH 7.5 到 10，浊度不超过 10 NTU，氯离子不超过 250 毫克每升，电导率不超过 2000 微西门子每厘米，总铁不超过 1.0 毫克每升，钙硬度不超过 300 毫克每升，总碱度不超过 500 毫克每升，溶解氧不超过 0.1 毫克每升，有机磷不超过 0.5 毫克每升。补充水的要求更严，pH 7.5 到 9.5，浊度 5 以下，电导率 600 以下，总铁 0.3 以下。

这几条线里，对镀锌管最关键的是 pH、氯离子和溶解氧。

pH 7.5 到 10 这段，对锌是友好的。锌在偏碱的水里生成致密的氢氧化锌，pH 越高钝化越好。这也是冷冻水系统可以长期用镀锌管的底气所在。

氯离子 250 毫克每升是一条红线。超过这条线，锌的钝化膜开始被氯离子击穿，出现点蚀。冷冻水如果补充的是自来水，氯离子常在 30 到 80 毫克每升，浓缩两三倍还在范围内；如果补充水本身氯离子高，或者加了含氯的杀菌剂，就容易越线。

溶解氧 0.1 毫克每升是密闭系统的目标值。新充水时水里含氧 8 毫克每升左右，要靠除氧或者缓蚀剂消耗掉。系统密封不严、定压罐气囊破裂、补水泵频繁启动，都会让氧重新进来。

三、密闭循环：氧少，但不是没有

密闭系统的氧有两个来源：初次充水带进来的，和运行中渗进来的。

初次充水的氧，在系统运行的头几周就消耗完了。这些氧把管壁的锌氧化一遍，生成一层氢氧化锌，之后氧的供应断了，腐蚀就慢下来。这一层膜是冷冻水系统能用镀锌管的关键。

运行中渗进来的氧，靠的是补水。补水量占系统容积的比例，规范没有硬性规定，实际运行中好的系统在 1% 以下，差的系统能到 5% 以上。每补一立方米水，就带进约 8 克氧，这些氧足以消耗三十多克锌。

定压方式也影响氧。高位水箱定压是开口的，水与大气接触，氧一直饱和；气压罐定压如果气囊破了，气水混合，氧也会进来；补水泵定压相对好，但泵频繁启动说明系统在漏。

所以冷冻水系统的腐蚀，八成跟「漏水补气」有关。查腐蚀先查漏点，比加缓蚀剂更有效。

四、电偶：不锈钢板片配镀锌管

板式换热器的板片多是不锈钢，常用 304 或者 316L。镀锌管接在板换的接管上，两种金属直接接触，中间只有一个垫片隔着。

锌的电位比不锈钢负零点六到零点九伏。在这个电偶里，锌是阳极，不锈钢是阴极。面积比又很不利：板片面积大，管子端部的面积小，腐蚀电流集中在小面积上，阳极的溶解速率成倍上升。

现场看到的正是这样：板换接管下方一米内的管子，外壁白锈最厚，内壁点蚀最深，离板换越远越轻。这个分布不是偶然，是电偶的电场分布。

断掉电偶的办法有三个：接管段用不锈钢管或者衬塑管，把镀锌段推离板换；法兰加绝缘垫片和绝缘套管，把金属接触断开；管道加阴极保护，用牺牲阳极把电流引走。前两个在改造中最常用。

铜件也是同样的道理。水泵叶轮、阀门、压力表接头如果是铜的，跟镀锌管相接，锌就被牺牲。一个系统里铜件越多，镀锌管的寿命越短。

五、流速与冲刷：泵出口和弯头

冷冻水的流速按经济流速选，主管 1.5 到 2.5 米每秒，支管 1.0 到 1.5 米每秒。这个流速对碳钢是安全的，对镀锌管要看水质。

流速高的时候，锌的腐蚀产物不容易沉积在表面，保护膜长不起来，腐蚀速率上升。流速低的时候，悬浮物沉积，形成垢下腐蚀。两头都不好，中间有个合适的区间。

泵出口是流速最高的位置，也是压力脉动最大的位置。水泵叶轮出口的流速不均匀，会在管内形成周期性的冲击，弯头外弧承受的冲刷最强。冷冻水虽然不含固体颗粒，但腐蚀产物本身是颗粒，这些颗粒在弯头处撞击管壁，把保护膜打掉。

所以泵出口的第一个弯头，往往是全系统最先出问题的地方。改造时把这一段换成不锈钢或者加厚壁，能明显延长检修周期。

六、死水段与生物膜

数据中心有个特点：负荷是变化的，末端是轮换的。今天这台空调满负荷，下个月可能只跑三成。水流分配跟着变，一些支管长期低流量，甚至不流。

不流的管段就是死水段。死水段里氧被消耗完，变成厌氧环境，硫酸盐还原菌开始繁殖，把硫酸根还原成硫化氢。硫化氢跟锌生成硫化锌，跟铁生成硫化亚铁，两者都是黑色的，管内那层黑泥就是这么来的。

黑泥还有个副作用：它堵在管底和弯头，缩小断面，增加泵耗；它又是微生物的温床，越积越多。清理黑泥要靠冲洗，但冲洗会把黑泥推到下游，堵在板换里。

避免死水段的办法是在设计时就想好：支管设平衡阀，保证最小流量；末端设旁通，低负荷时保持循环；长期不用的支管要隔离放空，不要留着半管水。

七、怎么选：主管、支管、板换侧

主管用碳钢无缝管，内壁做防腐，或者直接用镀锌钢管。主管管径大、流速适中、水质受控，镀锌层在这种条件下能用十五到二十年。

支管可以用镀锌管，这是冷冻水系统里用得最多的做法。管径 DN50 到 DN100，压力不高，施工方便，造价低。前提是水质达标、没有死水段。

板换侧和泵出口侧建议用不锈钢。这两段是电偶和冲刷的双重高发区，镀锌在这里寿命打折最狠。用 304 或者 316L 的薄壁管，造价增加有限，检修周期能翻几倍。

铜管不是好选择。铜在冷冻水里本身耐蚀，但铜离子会沉积在锌表面形成局部阴极，加速锌的腐蚀。一个系统里如果既有铜又有镀锌，锌永远是先坏的那个。

加药要考虑药剂跟锌的相容性。钼酸盐、硅酸盐、聚磷酸盐这几类缓蚀剂对锌是友好的；含氯的杀菌剂要控制余氯，余氯超过 1 毫克每升对锌的钝化膜就有破坏。冷却塔的镀锌管，为啥烂得快 里讲过的浓缩与加药逻辑，在密闭系统里换成「补水与加药」的逻辑，思路可以借用。

八、运行与改造

每个月测一次水质，重点看 pH、电导率、氯离子、总铁、浊度。总铁上升是腐蚀加速的信号，比外观检查早得多。

每年查一次补水率。补水率超过系统容积的 2%，就要找漏点。漏点不找，加多少缓蚀剂都是白加。

挂片监测是便宜有效的办法。在主管和末端各挂一组锌片和碳钢片，每季度取出来称重，算出腐蚀速率。数据比经验可靠。

改造时优先动三个位置：板换接管段换不锈钢、泵出口第一个弯头换不锈钢、死水支管加旁通或者隔离。这三处改完，剩下的镀锌段能安稳很多年。

冷冻水的管材、管件、法兰、保温如果一次要配齐，把冷量、供回水温度、管径、水质、定压方式列成清单发到钢管动力，做镀锌钢管、不锈钢管和绝热材料的厂能按系统配，管径和壁厚都能对上。钢标控公众号里也有数据中心水系统的选材整理，可以对着核一遍。

数据来源：来自公开网络。

钢管动力，关联公众号：钢标控。